單段式自熱高溫（微）好氧消化工藝處理城市污水廠污泥及其穩(wěn)定化機(jī)理研究.pdf

1、穩(wěn)定化處理是污泥減量化、無(wú)害化的一個(gè)重要手段，也是污泥處理與處置的重要環(huán)節(jié)之一。污泥穩(wěn)定化處理方法包括物理、化學(xué)及生物法，生物法由于運(yùn)行成本低、安全可靠而被廣泛采用。污泥自熱高溫好氧消化(ATAD)工藝屬好氧消化范疇，具有污泥停留時(shí)間短、病原菌滅活效率高等優(yōu)勢(shì)。該工藝較好克服了傳統(tǒng)生物穩(wěn)定法污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)施占地面積大等不足，因而自上世紀(jì)九十年代開(kāi)始在歐洲、北美等城市污泥穩(wěn)定化處理工藝中得到較快的應(yīng)用與推廣。目前，我國(guó)在ATAD工藝穩(wěn)

2、定化處理污泥方面研究較少，也無(wú)應(yīng)用實(shí)例。
　　借鑒ATAD工藝已有研究基礎(chǔ)，本課題組開(kāi)發(fā)了一套新型的單段式污泥高溫（微）好氧(ATMAD)消化裝置，該裝置在滿(mǎn)足污泥穩(wěn)定化處理效果的同時(shí)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)勢(shì)，其有效性已初步得到試驗(yàn)證明，但相關(guān)的污泥穩(wěn)定化機(jī)理亟待深入研究。本論文從物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、嗜熱微生物種群多樣性、有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)等方面闡述了單段式ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化過(guò)程與機(jī)理，并通過(guò)中試運(yùn)行過(guò)程考察了ATMA

3、D工藝的污泥穩(wěn)定化效果、建立了消化體系的熱平衡方程。
　　單段式ATMAD工藝批式運(yùn)行結(jié)果表明:穩(wěn)定化處理污泥時(shí)，進(jìn)料污泥固體物(TS)濃度以5～6％較為適宜（揮發(fā)性固體物VS含量約3.3～4.0％）;增大曝氣量有利于提高VS去除率，但不能顯著促進(jìn)有機(jī)物的快速降解，適宜曝氣強(qiáng)度為1.0～1.2 L/(h·L泥);污泥穩(wěn)定化過(guò)程受消化溫度影響最為明顯，反應(yīng)器運(yùn)行溫度在50～60℃條件下VS去除率明顯較高。污泥經(jīng)高溫消化后其脫水性能明

4、顯惡化，延長(zhǎng)消化時(shí)間有利于適當(dāng)改善消化污泥的脫水性能。ATMAD工藝按半間歇運(yùn)行方式在55℃消化溫度下穩(wěn)定化處理污泥時(shí)，水力停留時(shí)間(HRT)不低于13d的消化體系VS去除率均高于38％,且糞大腸菌群與沙門(mén)氏菌均有效滅活，消化污泥達(dá)到A類(lèi)污泥各項(xiàng)指標(biāo)。
　　考察了污泥穩(wěn)定化過(guò)程VFA組分及其濃度變化，闡述了消化體系有機(jī)組分的代謝途徑與規(guī)律。消化體系上清液有機(jī)物濃度相對(duì)較高或快速增加時(shí)，生化代謝系統(tǒng)可通過(guò)乙酸、丙酸、丁酸等合成途徑來(lái)

5、滿(mǎn)足消化體系對(duì)氧化態(tài)NAD+的需求;消化體系大量累積VFA時(shí)，除乙酸外，丙酸、異丁酸與異戊酸均為主要組分，其濃度遠(yuǎn)高于正丁酸與正戊酸。在曝氣強(qiáng)度不變時(shí)，有機(jī)底物的生化代謝過(guò)程對(duì)消化體系ORP值存在明顯影響。
　　以VS為評(píng)價(jià)指標(biāo)建立了單段式ATMAD工藝的有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)。消化體系VS降解的宏觀一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為（消化時(shí)間以d計(jì)量）:d(VS)/dt=-KTK1K2*（VS）=-7.0*1.024(T-20)*（TS）-1.6*（V

6、S/TS）0.11*（VS）污泥水力停留時(shí)間不低于10d時(shí)，動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差均低于10％;中試系統(tǒng)半間歇運(yùn)行過(guò)程中，理論計(jì)算值與實(shí)際值相對(duì)誤差不超過(guò)6％。
　　分離、純化了典型的嗜熱微生物并進(jìn)行了生物強(qiáng)化試驗(yàn)。分離的兩株典型嗜熱菌T1(No: HQ436531)與T2(No: HQ436531)分別屬于Hydrogenophilaceae與Xanthomonodaceae。接種嗜熱菌株有利于提高污泥穩(wěn)定化初期

7、的有機(jī)物降解效果，但微觀環(huán)境對(duì)穩(wěn)定化過(guò)程也存在明顯影響。單獨(dú)接種嗜熱菌T2的反應(yīng)器在整個(gè)消化過(guò)程均比空白對(duì)照反應(yīng)器有更高的VS去除率。DGGE圖譜表明:好氧、兼性與厭氧微生物可共存于污泥高溫（微）好氧消化體系。
　　本論文通過(guò)中試運(yùn)行考察了ATMAD工藝的污泥穩(wěn)定化效果，并建立了消化體系的熱平衡方程。中試系統(tǒng)（HRT為10 d）在半間歇式操作條件下連續(xù)運(yùn)行10 d后，平均VS去除率為37.8％，反應(yīng)器運(yùn)行溫度維持在58廣～62℃，